Fototechnik:Die schnellste Kamera der Welt

Eine neue Kamera schießt 100 Milliarden Bilder pro Sekunde - und kann dadurch die Bewegung eines Laserstrahls nachzeichnen, der von einem Spiegel reflektiert wird. Die Technik setzt dabei auf einen faszinierenden Trick.

Von Christopher Schrader

Ein neues Kamerasystem macht sichtbar, wie ein Laserstrahl von einem Spiegel reflektiert wird. Es sieht aus wie die Zeitlupen-Aufnahme eines Balls, der von einer Wand abprallt, aber es handelt sich um einen Lichtblitz, den man dabei beobachten kann, wie er auf den Spiegel zuläuft, sich dort verformt und zurückgeworfen wird und in eine andere Richtung davoneilt. Die Kamera macht die Lichtgeschwindigkeit erstmals zu einem Zuschauerphänomen, weil sie bis zu 100 Milliarden Bilder pro Sekunde schießt (Nature, Bd. 516, S. 74, 2014). Zwischen den Aufnahmen kommt das Licht jeweils drei Millimeter voran.

Das Verfahren stammt vom Forscherteam um Liang Gao von der Washington-Universität in St. Louis/Missouri. Sie haben die sogenannte Schmierbild-Kamera weiterentwickelt, die Forscher in Boston vor drei Jahren vorgestellt hatten. Diese benutzt einen Trick, um sehr schnelle Vorgänge in einzelne Bilder zu zerhacken. Angenommen, die Lichtteilchen A bis H kämen nacheinander alle von derselben Stelle auf einen Fotochip zugeeilt. In diesem entstehen dann Fotoelektronen a bis h. Sie würden normalerweise alle den gleichen Pixel treffen und sich darin addieren. Bei der Schmierenkamera hingegen werden sie von einer angelegten Spannung zur Seite verschoben. Sie ist anfangs hoch und sinkt dann. Darum wird a weiter verschoben als b, b weiter als c und so weiter bis h. Was nacheinander passiert, liegt darum nun nebeneinander auf dem entstandenen Bild.

Fototechnik: Aufbau der Spezialkamera

Aufbau der Spezialkamera

(Foto: Lihong Wang, PhD)

Wegen dieses Tricks können Schmierenbildkameras mit ihrem zweidimensionalen Fotochip nur Vorgänge auf einer Linie aufzeichnen. Um ein flächiges Bild zu erzeugen, musste ein Motiv bisher Linie für Linie abgetastet werden, was nur Sinn ergibt, wenn sich der abzubildende schnelle Vorgang jedesmal identisch wiederholen lässt. Die Forscher aus Missouri haben nun einen weiteren Trick benutzt. Sie lassen ihr Bild über einen Spiegel laufen, dessen Punkte einzeln beweglich sind. Solche Geräte werden für Beamer und digitale Kinoprojektoren verwendet. Das Team um Gao konnte das Licht daher so vervielfältigen und manipulieren, dass sich später mittels einer Nachbearbeitung der aufgezeichneten Daten eine Abfolge zweidimensionaler Bilder erzeugen ließ.

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